Helleristninger i grensebygd INTERREG II A, delprosjekt 3A:
Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for bergkunst
Elin Dahlin, Jan F. Henriksen, Odd Anda; NILU Johan Mattsson; Mycoteam as
Kjersti Iden, Goran Åberg; IFE
Torbjørg Bjelland, Ingunn Thorseth, Geir Magne Hamnes;
Universitetet i Bergen
Peter Torssander; Stockholms Universitet
DATO: JULI 2000 ISBN: 82-425-1144-6
Helleristninger i grensebygd, INTERREG II A, delprosjekt 3A:
Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt
utvikling av verneteknikk for bergkunst
Elin Dahlin1, Jan F. Henriksen', Odd Anda', Johan Mattsson",
Kjersti Iden3, Goran Åberg3,
Torbjørg Bjelland4 , Ingunn Thorseth", Geir Magne Hamnes", Peter Torssander5
1 Norsk institutt for luftforskning (NILU)
2 Mycoteam as
3 Institutt for Energiteknikk (IFE)
4 Universitetet i Bergen
5 Stockholms Universitet
Forord
Prosjektet "Helleristninger i grensebygd", er en del av EUs fellesskapsinitiativ:
INTERREG II A "Ett granslost samarbete", Bohuslan/Dalsland-Østfold.
Prosjektet startet 1. juli 1997 og ble avsluttet 31. desember 1999. Bakgrunnen for prosjektet er følgende:
Grenseområdet mellom nordre Bohuslan og Østfold har en meget rik og interesssant historie, spesielt når det gjelder helleristningsfelt fra bronsealderen.
Feltene i Tanum i Bohuslan står i dag på UNESCOs liste over bevaringsverdige kulturminner, og områdene på begge sider av grensen utgjør et umistelig bidrag til Europas forhistoriske kulturminnearv. Naturlige og antropogene kilder har forårsaket en aksellererende nedbrytning av regionens bergkunst, og flere av feltene er i dag i ferd med å forsvinne.
Prosjektet "Helleristninger i grensebygd" har utviklet et tverrfaglig samarbeid i et grensoverskridende prosjekt der man ville utnytte den beste kompetansen fra begge land for å utvikle ny kunnskap for å kunne forvalte og bevare den felles kulturskatt. Prosjektet ble delt inn i 5 delprosjekter hvorav dette er en rapport for den norske delen av delprosjekt 3A: "Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for bergkunst".
Hovedproblemstillingen for delprosjekt 3A er følgende:
►
Å øke kunnskapen om de prosesser som påvirker nedbrytningen av ristingsberg.►
Å utvikle og prøve ut praktiske beskyttelses- og bevaringsmetoder for helle- ristninger.I denne rapporten vil det hovedsaklig bli presentert resultater fra et forsøksfelt på Begby utenfor Fredrikstad i Østfold fylke, men det vil også tildels bli referert til resultater fra et tilsvarende forsøksfelt i Litsleby, Tanum, Sverige som inngår i Delprosjekt 3A på svensk side.
Rapporten som er utarbeidet av en tverrfaglig gruppe med representanter for geologi, geokjemi, miljøkjemi og biologi, gir et økt bidrag til forståelsen om årsakene til forvitring av bergkunsten samt en vurdering av metoder for ulike tiltak for videre skjøtsel.
Elin Dahlin Senior forsker
Norsk institutt for luftforskning
NILU OR 76/99
NILU OR 76/99
Innhold
Side
Forord 1
Innhold 3
Sammendrag 7
1 Innledning 11
1. 1 Bakgrunn for prosjektet.. 11
1.1.1 INTERREG II A 11
1.1.2 Delprosjekt 3A; Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for bergkunst.. 12
1.2 Deltakere i prosjektet 13
2 Målsetting, ~ 17
3 Nedbrytningsfaktorer for bergarter 19
4 Beskrivelse av prøvefeltet på Begby 21
4.1 Beliggenhet 21
4.2 Geologisk beliggenhet.. 21
4.2.1 Prøveflaten i Begby 23
5 Presentasjon av ulike analysemetoder brukt på Begby 27 5.1 Oppsett av måle- og analyseutstyr på prøvefeltet 27
5.1.1 Innsamling av prøver 30
5.2 Kartlegging av våt- og tørravsetning 30
5.2.1 Nedbør, kronedrypp og avrenning 30
5.2.2 Forurensende gasser 30
5 .2.3 Aerosoler 31
5.3 Kartlegging av temperatur og fuktighet 31
5.3.1 Plassering av WETCORR sensorene 31
5.3.2 Registrering av fuktighet 32
5.3.3 Registrering av temperatur 32
5.4 Geologiske undersøkelser 32
5.4.1 Prøvemateriale 33
5.4.2 Tynnslip 36
5.4.3 Mineralsammensetning 36
5.4.4 Skanning elektronmikroskopi (SEM) 36
5.4.5 Elektronmikrosonde 36
5.4.6 Røntgen fluorescens spektrometri (XRF) 36
5.4.7 Massespektrometri (MS) 37
5.5 Anvandning av naturliga isotopsystem for analys av miljokallor. 37
5.5.1 Analys av strontiumisotoper 37
5.6 Biologiske undersøkelser : 38
5.6.1 Begby, Østfold 38
5.6.1.1 Prøvemateriale 38
5.6.1.2 Arts bestemmelse ved tynnsjiktskromatografi 38
5.6.1.3 Skanning elektronmikroskopi 38
5.6.2 Litsleby, Tanum 39
5.6.2.1 Feltundersøkelser og skjøtselstiltak 39
5.6.2.2 Overdekkingsforsøk 39
5.6.2.3 Prøvemateriale og laboratorieundersøkelser .41
NILU OR 76/99
6 Resultater og diskusjon av miljømålingene 43
6.1 Analyse av nedbør og kronedrypp 43
6.1.1 Nedbørmengde 43
6.1.2 pH 44
6.1.3 Ledningsevne (µS) 45
6.1.4 Kationer 47
6.1.5 Anioner 50
6.1.6 Sammendrag av nedbørresultatene 54
6.2 Analyser av forurensende gasser. 55
6.2.1 Svoveldioksid (SO2) 55
6.2.2 Nitrogendioksid (NO2) 56
6.2.3 Ammoniakk (NH3) 56
6.2.4 Ozon (03) 56
6.2.5 Sammendrag, resultater av forurensende gasser. 57
6.3 Vannløselig tørravsetning 57
6.3 .1 Sammendrag 59
6.4 Forurensningssituasjonen i tidligere perioder 59 6.5 Saltdriftundersøkelse i Borge i tiden 1.10-17.12.97 61
6.6 Konklusjoner av NILUs miljømålinger 65
6.7 Måling av fukt og temperatur ved bruk av WETCORR-sensoren 67 6.8 Måling av fukt og temperatur ved bruk av WETCORR-sensoren 67
6.8.1 Eksempel på tolkning av data fra måling med WETCORR-
instrumentet 67
6.8.2 Periode med svingninger rundt 0°C 71
6.8.3 Middeltemperatur over året 72
6.8.4 Perioder med store temperatursvingninger, differanse på
15°C 73
6.8.5 Perioder med fuktighet på målestedene 74
6.8.6 Diskusjon 75
7 Petrografiske og geokjemiske undersøkelser av bergarten på Begby 79
7 .1 Mineralogi og tekstur 79
7.1.1 Uvitret bergart 79
7.1.2 Forvitret bergart 84
7 .2 Mineralkjemi 89
7.3 Bergartskjemi: Hoved- og sporelementer 89
7.4 Sr-isotoper 92
7.4.1 Sr-isotoper i bergart 92
7.4.2 Sr-isotoper i mineraler 92
7.5 Diskusjon 93
7.6 Sammendrag og konklusjoner. 95
8 Isotopforhållande 97
8.1 Analys av nederbords- och avrinningsprover 97
8.2 Slutsatser 102
9 A vrinningsstudier på ytan i Begby 103
9.1 Vittring 103
9.2 Hur kan vittring måtas? 103
9.3 Undersokningens strategi 104
9.4 Metodik 105
9.4.1 Kemisk analysmetodik 106
NILU OR 76/99
9.5 Resultat och diskussion 106
9.6 Slutsatser 109
10 Biologisk materiale på bergflatene og i forvitringssonen 111 10.1 Biologisk materiale på bergflatene og i forvitringssonen: Begby,
Østfold 111
10.1.1 Lavvegetasjon 111
10.1.2 Biologisk materiale i forvitringssonen 111 10.1.3 Biologisk materiale i forvitringssonen under torvdekke 117 10.1.4 Biologisk materiale i Si-skorpe tilknyttet vannsig 118
10.2 Diskusjon 119
10.3 Konklusjoner 120
11 Registrering av biologisk vekst i forbindelse med skjøtselstiltak 121
11.1 Gjennomføring 121
11.2 Resultater 122
11.2.1 Feltregistrering 122
11.2.2 Område 1 122
11.2.3 Område 2 123
11.2.4 Område 3 123
11.3 Overdekkingsforsøk 125
11.3.1 Avdekking 23.9.98 125
11.3.2 Avdekking 6.5.99 126
11.3.3 Avdekking 29.9.99 131
11.3.4 Laboratorieundersøkelser 134
11.3.5 Biologisk materiale i forvitringssonen og effekt av ulike
typer overdekking 135
11.4 Diskusjon 135
11.4.1 Biologisk nedbrytning av stein 135
11.5 Konklusjon 136
12 Forslag til skjøtselstiltak 137
13 Konklusjon 139
14 Referanser 143
Vedlegg A Biologisk nedbrytning av steinmaterialer - En
litteraturstudie 147
Vedlegg B Bakgrunnsdata for målinger med WETCORR 167 Vedlegg C Bakgrunnsdata for NILUs miljømålinger 175 Vedlegg D Bakgrunnsdata for petrografiske og geokjemiske
undersøkelser av bergarten på Begby 187
Vedlegg E Kemiska analysdata for avrinning, nederbord och
krondropp från Beg by 199
NILU OR 76/99
NILU OR 76/99
Sammendrag
Denne rapporten omhandler et delprosjekt under prosjektet "Helleristininger i Grensebygd", som er en del av EUs felleskapsinititativ: INTERREG II A "Ett granslost samarbete", Bohuslan/ Dalsland-Østfold. Prosjektet startet 1. juli 1997 og ble avsluttet 31. desember 1999. Rapporten er utarbeidet av en tverrfaglig gruppe, med representanter for geologi, geokjemi, miljøkjemi og biologi.
Bakgrunnen for prosjektet er følgende:
Grenseområdet mellom nordre Bohuslan og Østfold har en meget rik og interesssant historie, spesielt når det gjelder helleristningsfelt fra bronsealderen.
Feltene i Tanum i Bohuslan står i dag på UNESCOs liste over bevaringsverdige kulturminner og områdene på begge sider av grensen utgjør et umistelig bidrag til Europas forhistoriske kulturminnearv. Naturlige og antropogene kilder har forårsaket en aksellererende nedbrytning av regionens bergkunst.
Hovedproblemstillingen for delprosjekt 3A er å øke kunnskapen om de prosesser som innvirker på nedbrytningen av bergflater samt å utvikle og utprøve praktiske skjøtseis -og bevaringsmetoder for helleristninger.
I denne rapporten er det hovedsakelig presentert resultater fra et forsøksfelt på Begby, utenfor Fredrikstad i Østfold fylke, men det er også referert til resultater fra et tilsvarende forsøksfelt i Litsleby, Tanum, Sverige som inngår i delprosjekt 3A på svensk side. På Litsleby er det satt opp en takkonstruksjon hvor man har vurdert i hvilken grad et beskyttelsestak påvirker forvitringshastigheten på bergoverflaten.
Bergkunstfeltene i begge undersøkelsesområdene er hugget i granitt. En viktig kontrollerende forvitringsfaktor (for både kjemiske, fysiske og biologiske prosesser) er tidligere omdanning/oppsprekking av granitten. Ved studier av borekjerner er det påvist en forvitringsdybde fra 1-3.5 cm som trolig skyldes delvis varierende mengde mikrosprekker og omdanning. Det er videre gjennom studier av bergarten påvist åpning av mikrosprekker og porer som skyldes kjemisk oppløsning. En videre utvidelse og oppsprengning av disse ved fysiske og biologiske prosesser, fører til at mineralkom løsner fra overflaten (grusvitring).
Miljømålingene har vist at prøvefeltet på Begby blir utsatt for noe svoveldioksid og nitrogendioksid. Dette skyldes utslipp fra fyring, trafikk og industri. Utslippene fra industrien kommer mest sannsynlig fra Fredrikstadområdet. Belastningene er i dag moderate. Isotopanalyser av avrenningsvannet har vist at svovelet i atmosfæren er både lokal- og langtransportert, mens strontium først og fremst kommer fra havet, men med tilskudd fra bergoverflaten. Den marine innflytelsen på nedbøren som renner over bergflatene er tydelig.
Ved å vurdere historiske måledata kan vi se at S.O2-belastningen har vært betydelig større i perioden fra 1945 og fram til 1990. Selv om en slik periode er ubetydelig i historisk sammenheng kan nedbrytningseffekten ha vært påtagelig i denne perioden med sterk forsuming.
NILU OR 76/99
Målinger av pH i nedbøren har vist verdier mellom 4 - 5,5, med de laveste verdiene om vinteren.
A vrenningsforsøk på Litsleby har vist at nedbrytningen er betydelig større utenfor takkonstruksjonen enn under taket. Analysene av avrenningsvannet fra Begby viser at nedbrytningshastigheten der er den samme som utenfor taket på Litsleby.
Målinger av temperatur og fuktighet på bergoverflaten har vist mange fryse-tine sykluser, spesielt i februar, mars og november måned. Temperatur-sjokk kan gi mikrosprekker i stein. Svingninger over 15°C i løpet av et døgn ble registrert i sommerhalvåret på alle målepunktene som ble soloppvarmet.
Planterøtter, lav og ulike mikroorgansimer bidrar i nedbrytningen av mineral og bergarter. Det er registrert ca. 25 !avarter på bergflatene i Begby. Skorpelav dominerer, men flekkvis forekommer større felt med bladlav. Bergflatene på Litsleby og Begby er stort sett lik med hensyn til type lavvegetasjon. Skorpelav trenger dypere ned i forvitringssonen (2-3 mm) og det er generelt mer biologisk materiale i mikrosprekker og porer under skorpelav enn under bladlav.
Sort misfarging av bergoverflatene i forbindelse med vannsig skyldes utfelling av en silisium-skorpe. Si-skorpen inneholder dels store mengder mikroorganismer, sannsynligvis sopp og/eller bakterier. Den kjemiske forvitringen av bergflaten under slik skorpe er tilsynelatende mindre enn ellers på testfeltet. Oppsprekking og flekkvis avskalling av skorpen, hvor biter av de underliggende mineralene også følger med, bryter likevel ned bergflaten over tid.
En relativ hurtig metode for å fjerne lav fra bergflaten, er overdekking.
Resultatene fra tildekkingsforsøket viser at ved tildekking med jord og torvmose var bergoverflaten tilnærmet fri for biologisk materiale etter bare 2 mnd., mens biologisk materiale på bergflaten under isolajonsmatter fortsatt ikke var nedbrudt.
Resultater fra overdekningsforøket på Litsleby viste at overflaten var relativt ren etter en overdekking på ca. 8 uker. For å fjerne biologisk materiale på overflaten ser den mest effektive måten ut til å være tildekking med fuktig torvmose i et 10- 20 cm tykt lag direkte på steinflaten, med en overdekking av en dampsperre.
Alternativt kan trolig en fiberduk mot steinflaten, et fuktig 5-10 cm jordlag, eventuelt 10 cm isolasjon og en overdekking med dampsperre ha en tilsvarende god effekt.
Det tar imidlertid lengre tid å få sprekkene og porene i forvitringssonen helt rene.
Resultatene indikerer at en lavdekket bergoverflate må være tildekket i ca. 15 måneder før mesteparten av det biologiske materialet i porene og sprekkene i forvitringssonen er nedbrutt.
Undersøkelsene på Litsleby viser at forvitringen kan reduseres med en form for overdekking som for eksempel en takkonstruksjon. Tørravsetning av partikler og sure gasser vil skje også under tak og det er derfor viktig at overflaten vaskes regelmessig hvis en skal ha positiv effekt over tid. Ytterligere tiltak er beskrevet i kapittel 12.
NlLU OR 76/99
Miljømålingene har bare pågått i en periode på ca 1 ½ år, noe som er en svært kort tid for å få frem resultater som kan si noe sikkert om nedbrytningshastigheten og årsakene til denne. Det vil derfor være viktig å kunne fortsette med miljømålinger av bergkunstfelt i Østfold og Bohuslan i ennå en periode fremover.
NILU OR 76/99
NILU OR 76/99
Helleristninger i grensebygd, Delprosjekt 3A:
"Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for
bergkunst''
1 Innledning
1.1 Bakgrunn for prosjektet
Bergkunst er en samlebetegnelse som er brukt om billedmotiver som er hugget, slipt eller malt på en bergoverflate i forhistorisk tid. De billedmotiver som er hugget eller slipt omtales som helleristninger og de malte motiver som hule- eller hellemalerier. Denne rapporten omhandler først og fremst helleristninger fra bronsealderen såkalte jordbruksristninger som dateres til perioden ca 1800- 500 f. Kr. I Norge og Sverige til sammen finnes det totalt ca 17 000 felt av denne typen hvorav ca 5 000 befinner seg i Østfold - Bohuslanområdet (Hygen og Bengtsson, 1999).
Både i Norge og i Sverige har det vært utført landsomfattende registreringer for å kartlegge tilstanden til bergkunsten og det er konstatert at den skandinaviske bergkunsten brytes ned urovekkende raskt (Mandt, 1992, Lofvendahl &
Bertilsson, 1996). Det har derfor i de senere år pågått forskningsprosjekter i både Norge og Sverige for å undersøke forvitringsprosessen samt foreslå ulike tiltak for bevaring av bergkunsten (Lødøen et al., 1997, Lofvendahl, 1998). I Østfold fylke utførte man i perioden 1993-1994 en tilstandsregistrering på ialt 133 helleristningsfelt og man konkluderte med at tilstanden til mange av feltene var kritisk (Hygen, 1995). En tilsvarende undersøkelse av forvitring ble utført på 54 helleristningsfelt i Bohuslan i 1994 og også der var tilstanden alvorlig (Magnusson og Berg, 1994). Med bakgrunn i den kritiske tilstanden til bergkunsten i de to områdene samt behovet for å øke forståelsen for de ulike nedbrytningsårsaker og å komme frem til forslag om konkrete tiltak for fortsatt bevaring, ble det i 1996 besluttet å utarbeide en felles søknad til EUs Interreg- program.
1.1.1 INTERREG II A
Interregprosjektet "Helleristninger Grensebygd", er en del av EUs felleskapsinitiativ: INTERREG II A "Ett granslost samarbete", Bohuslan/
Dalsland-Østfold. Prosjektet har pågått siden 1. juli 1997 og ble avsluttet 31.
desember 1999. Bakgrunnen for prosjektet er som følger:
Grenseområdet mellom nordre Bohuslån og Østfold har en meget rik og interessant historie, og området inneholder ca 5000 helleristningsfelt fra bronsealderen. De mest interessante feltene (ca 450) i Tanum i Bohuslån står i dag på UNE SCOs liste over bevaringsverdige kulturminner og områdene på begge sider av grensen utgjør et umistelig bidrag til Europas forhistoriske
NILU OR 76/99
kulturminnearv. Naturlige og antropogene kilder har forårsaket en aksellererende nedbrytning av regionens bergkunst.
Forsvinner helleristningene så mister regionen en viktig del av sitt kulturelle særpreg og med dette et sentralt element for turisme og næringsutvikling.
Prosjektet "Helleristninger i Grensebygd" har utviklet et tverrfaglig samarbeid i et grenseoverskridende prosjekt der man ville utnytte den beste kompetansen fra begge land for å utvikle ny kunnskap for å kunne forvalte og bevare den felles kulturskatt. Prosjektet skaper også forutsetninger for å utvikle en bærekraftig og holdbar kulturturisme som tillater at helleristningene kan vises frem og brukes, uten å forbrukes. Målgruppen for prosjektet er først og fremst forvaltningen, men prosjektet retter seg også mot turist- og kulturorganisasjoner, næringsliv, skoler, universiteter og ikke minst befolkningen i grenseregionen.
Interreg-prosjektet har vært finansiert på følgende måte: ca. 31 % svenske offentlige midler, ca. 29% norske offentlige midler og 16% privat finansiering. De resterende bevilgninger er søkt fra det svenske strukturfondet Kultur/Turisme (12%) og fra det norske KAD/INTERRE G-fond (ca. 12 %). Delprosjekt 3A har vært finansiert av følgende institusjoner: Riksantikvaren, (del av prosjektet
"Sikring av Bergkunst, 1996-2000"), det norske KAD/INTERREG-fond, Statens vegvesen, Østfold fylkeskommune (egenandel) og Norsk institutt for luftforskning (egenandel).
Interregprosjektet er delt inn i 5 delprosjekter:
lA: "Formidling, informasjon og turisme"
lB: "Arkeologisk kunnskapsutvikling"
2: "Dokumentasjon og vern av helleristninger"
3A: "Kunnskapsutvikling omkri ng nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for bergkunst"
3B: "Utvikling av et GIS-basert informasjonssystem med koblinger til internet"
1.1.2 Delprosjekt 3A; Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for bergkunst
Delprosjekt 3A; "Kunnskapsutvikling omkring nedbrytning og forvitring, samt utvikling av verneteknikk for bergkunst" i lnterregprosjektet "Helleristninger i grensebygd" har hatt to hovedproblemstillinger:
1. Å øke kunnskapen om de prosesser som påvirker nedbrytningen av ristningsberg.
2. Å utvikle og prøve ut praktiske beskyttelses- og bevaringsmetoder for helleristninger.
Ansvarlig for Delprosjekt 3A i Norge er Riksantikvaren og for Sveriges del Riksantikvarieåmbetet i Stockholm. Den norske delen av prosjektet ble utført på et felt på Begby i Østfold, mens den svenske delen av prosjektet ble utført på to felt i Bohuslan: Litsleby og Kalleby.
Alle feltene er bevisst valgt ut fra en representativ beliggenhet for bergkunsten i området, men de har ingen synlige spor av helleristninger. Feltene i Begby og Litsleby ligger i et småkupert område med blanding av skog, bebyggelse og
NILU OR 76/99
jordbruk. Det ble lagt vekt på å finne en prøveflate i Begby hvor inntrykket av overflaten var så lik prøveflaten i Litsleby som mulig, i tillegg til likhet i orientering (vestvendt), helningsvinkel og eksponering for klimatiske forhold. Tett opp mot feltene er det spredt blandingsskog, med dominans av furutrær, mens selve bergflatene er relativt åpne og uten høyere busker eller trær. Feltene ble valgt ut for at man skulle kunne eksperimentere og blant annet ta ut boreprøver for å få en økt forståelse av forvitringsprosessen. Feltene vil derfor bli omtalt som prøvefelt i denne rapporten.
I denne rapporten vil det bli rapportert resultater fra ulike miljømålinger på Begby samt geologiske og biologiske analyser. Resultatene vil i enkelte tilfeller bli sammenlignet med Litsleby.
I løpet av år 2000 vil alle resultatene fra både Begby, Litsleby og Kalleby vil bli sammenlignet i en rapport som vil bli utarbeidet ved Riksantikvarieambetet i Stockholm.
Den norske delen av prosjektet inngår også som en del av Riksantikvarens prosjekt "Sikring av Bergkunst" og er basert på et pilotprosjekt om miljømålinger som ble utført på bergkunstfeltet på Ekeberg, Oslo i 1997 (Dahlin et. al, 1998), samt på erfaringer innhentet ved Bergkunstprosjektet i Vingen (Torseth et al., 1997.
Denne rapporten omfatter miljømålinger som er utført på et prøvefelt på Begby, i Østfold i perioden juli 1998 til og med november 1999. I tillegg er det presentert resultater fra en mindre undersøkelse foretatt av NILU i Borge kommune høsten 1997 for å måle påvirkning av salter fra havet, samt måle svoveldioksid og nitrogen.
1.2 Deltakere i prosjektet
Dette prosjektet har vært et tverrfaglig samarbeid, hvor følgende parter har deltatt:
Norsk institutt for luftforskning (NILU)
NILU har vært ansvarlig for koordinering av konsortiet; NILU, IFE og Mycoteam as, samt vært ansvarlig for utgivelsen av en felles rapport. NILU har gjennomført målinger av en rekke klima- og forurensningsparametere. Deltakere· i prosjektet har vært: Elin M. Dahlin (prosjektleder), Jan F. Henriksen, Odd Anda og Guri Krigsvoll.
Institutt for energiteknikk (IFE)
IFE har utført isotopanalyser i forbindelse med identifisering av forurensningskilder. IFE har også vært ansvarlig for prøvetaking i forbindelse med den geologiske dokumentasjon av feltet. Deltakere i prosjektet har vært:
Kjersti Iden og Goran Åberg.
Mycoteamas
Mycoteam as har i samarbeid med Universitet i Bergen og Goteborgs Universitet vært ansvarlig for studier av biologisk aktivitet, samt utprøving av ulike
NlLU OR 76/99
overdekningsmetoder for å komme frem til tiltak mot biologiske angrep på bergkunsten. Det ble besluttet i prosjektledelsen at de fleste biologiske undersøkelsene skulle konsentreres om feltet på Litsleby, og man regner med at resultatene fra dette feltet for en stor del kan overføres til Begby. Deltaker i prosjektet har vært: Johan Mattsson.
Universitetet i Bergen (UiB)
Geologiske undersøkelser utført ved UiB omfatter teksturelle, mineralogiske og geokjemiske analyser av bergartsprøver fra prøvefeltet i Begby.
Biologiske/mikrobiologiske undersøkelser av prøvefeltet i Begby utført ved UiB, omfatter kartlegging av dominerende lavarter, samt inntrengningsdyp og mengde biologisk materiale i forvitringssonen under ulike lavarter og under torvdekke. I tillegg har effekten av ulike overdekkingsmetoder på mengde biologisk materiale i forvitringssonen i Litsleby blitt undersøkt, i samarbeid med GU og Mycoteam.
Deltakere i prosjektet har vært: Ingunn Thorseth, Geir Magne Hamnes (begge Geologisk institutt) og Torbjørg Bjelland (Botanisk institutt).
Østfold Fylkeskommune (ØF)
Østfold Fylkeskommune har bidratt med innhenting og forsendelse av miljøprøver til NILU, IFE og Stockholms Universitet. Deltakere i prosjektet har vært: Anne Sophie Hygen og Karl Kalhovd.
Stockholms Universitet (SU)
Stockholms Universitet ved Institut for geologi och geokemi, har utført geokjemiske analyser av avrenningsvann fra et innhegnet området på Begbyfeltet.
Deltaker i prosjektet: Peter Torssander, Helen Strandh og Magnus Mort.
Goteborgs Universitet (GU)
Har sammen med Mycoteam as vært ansvarlig for uttesting av forsøk med overdekning av bergkunst for å komme frem til tiltak mot biologisk vekst.
Deltakere i prosjektet har vært: Margareta Ekroth- Edebo.
Statens vegvesen Østfold/V egdirektoratet
Veglaboratoriet og materialprøvingskontoret har vært ansvarlig for boring av borekjerner på Begbyfeltet til geologiske analyser.
Deltakere i prosjektet har vært: Alf Kveen, Terje Olberg, Tor Smeby og Sidsel Kålås.
Riksantikvaren i Norge
Riksantikvaren har vært ansvarlig prosjektleder for Interregprosjektet i Norge og har hatt ansvaret for den økonomiske rapporteringen for de norske deltakerne.
Deltaker i prosjektet har vært: Inger Marie Olsrud.
Riksantlkvarieåmbetet i Sverige
Riksantivarieambetet i Stockholm har vært faglig ansvarlig for Delprosjekt 3A og har koordinert rapporteringen av prosjektet til Interregstyret. De vil også være ansvarlig for utforming av sluttrapporten for hele Delprosjekt 3A.
NILU OR 76/99
Deltaker i prosjektet har vært : Runo Lofvendahl og Birgitta Enæus.
Lånsstyrelsen i Våstra Gotaland
Har hatt det overordnede prosjektlederansvar for hele lnterregprosjektet samt vært ansvarlig for den økonomiske rapporteringen.
Deltakere i prosjektet har vært: Jan Magnusson (prosjektleder for Interreg) og Åsa Bjallås.
NILU OR 76/99
NILU OR 76/99
2 Målsetting,
Bergkunstfeltene i Østfold og i Bohuslan blir påvirket av både naturlige og antropogene kilder. Hovedmålsettingen med prosjektet har derfor vært ved hjelp av tverrfaglig svensk og norsk kompetanse å forsøke og klargjøre årsakssammenhenger når det gjelder forvitringsprosessene samt å foreslå mulige tiltak for å minske nedbrytningen av bergflater i Østfold og Bohuslan.
Prosjektet på Begby har følgende hovedmålsetting:
• Kartlegge og vurdere belastningen fra ulike miljøparametre som:
Klima
Lokale- og langtransporterte forurensningskilder Biologisk aktivitet
Kjemiske nedbrytningsprosesser på selve bergflaten
• Vurdere aktuelle skjøtselstiltak for bevaring av helleristningene i området.
Delmål:
• Kartlegge nedbør ("totaldeponering" og våtdeponering), forurensning, fuktighet og temperatur på og omkring bergflaten. Om mulig lokalisere kilder for belastning (NILU).
• Vurdere forvitringsprosessen på bergflaten ut fra analyser av avrenning fra en prøveflate. A vrenningsvannet analyseres kjemisk for å kunne kvantifisere forvitringen som en forskjell mellom det som vaskes av fra overflaten og det som føres til overflaten. Det analyseres også med isotoper for å kunne spore kilder, transport og avsetting på bergflaten (SU og IFE).
• Undersøkelse av den postglasiale forvitring ved å studere overflate- forandringer i bergflaten ved hjelp av blant annet mikroskopering av borekjerner (UiB).
• Kartlegge ulike mikroorganismer på bergflaten, samt dybde for inntrengning av organisk materiale i forvitringssonen. Undersøke hvordan overdekking virker inn på mengde organisk materiale på bergflatene og i forvitringssonen (Mycoteam as, UiB og GU).
På Litsleby og Kalleby har man i tillegg vurdert følgende problemstillinger:
• I hvilken grad påvirker et beskyttelsestak forvitringshastigheten (Litsleby)?
• Hvordan påvirkes bergflaten av ulike typer overdekking (Litsleby)?
• Hvilke skjøtselstiltak som rengjøring og ulike konserveringsmetoder er effektive og uskadelige (Kalleby)?
I denne rapporten er det for det meste presentert resultater fra undersøkelsene på Begby, men fordi problemstillingen innefor Interreg-prosjektet har vært å sammenligne forholdene på Begby og Litsleby så har også resultater fra Litsleby blitt diskutert i denne sammenheng. En mer utførlig rapport som dekker resultatene fra hele delprosjekt 3A vil bli utarbeidet av Riksantikvarieambetet i Stockholm.
NILU OR 76/99
NILU OR 76/99
3 Nedbrytningsfaktorer for bergarter
Nedbrytning av bergarter kan grovt deles inn i kjemiske, fysiske og biologiske prosesser, se Figur 1, som samvirker ved den naturlige nedbrytningen av en bergart. I tillegg har man i løpet av det siste århundret kunnet konstatere en aksellererende nedbrytning av ulike bergarter som i vesentlig grad kan skyldes menneskelig påvirkning gjennom forurensning av miljøet. I den grad bergkunst- feltet blir besøkt av publikum kan fysisk slitasje også være en årsak til nedbrytning. Foruten fysisk slitasje kan hærverk forekomme.
Nedbrytningsfaktorer
Termisk Mekanisk Elektro-magn.
Varme Kulde
Slitasje Frostspregning Ekspansjon / kontraksjon
Solstråling (UV) (IR)
Kjemisk Biologisk
Fuktighet Nedbør Vann- sammensetning Forurensning
Mikrobiologisk Mose/ lav Planter
Andre faktorer e Vandalisme
e Tiltak
Effekter
Bergartens egenskaper e Mineral sammensetning
e Kjemisk sammensetning
e Overflateforhold
I I I I I
Tilgroing Oppsprekking Avflaking Kjemisk forvitring
Grusforvitring Eksfoliasjon Utvasking
Effekter av nedbrytningsfaktorer på stein
Figur 1: Nedbryting av bergarter - modell for nedbrytning sf aktorer og deres observerte effekter.
Den viktigste faktoren i den kjemiske forvitringen er vann eller fuktighet og i et relativt fuktig klima som i Norge og Sverige pågår det kontinuerlig en kjemisk oppløsning av ulike mineraler i alle bergarter (dette er et ledd i den naturlige nedbrytningsprosessen). Hvis vannet i tillegg blir forurenset, vil oppløsningen av mineralene kunne skje mye raskere.
I tillegg kommer fysiske nedbrytningsfaktorer som sprengning ved frost (vannet i bergarten utvider seg ved omdannelse til is), krystallisasjon av salter og oppheting ved sterk sol. Den fysiske nedbrytningen er karakterisert av at den ikke pågår kontinuerlig, men skjer i perioder.
NILU OR 76/99
En ytterligere faktor som påvirker nedbrytningen av bergarter, er de ulike biologiske prosesser. Det kan vokse flere typer organismer på og i steinmaterialer.
Dette kan både forårsake direkte og indirekte mekanisk og kjemisk nedbrytning av underlaget, i tillegg til at begroing kan forårsake en kosmetisk skade - hvilket selvsagt er lite ønsket i forbindelse med helleristninger. Begroing kan også ha en beskyttende effekt på bergflaten ved at den f.eks. utjevner temperatursvingninger, beskytter mot kjemisk påvirkning og fysisk slitasje. En vurdering av hvilken effekt begroing av bergoverflater kan ha, må derfor vurderes i en sammenheng hvor både positive og negative effekter veies inn.
Begroingen på steinmaterialer er alger, bakterier, gjærsopp, sverte-/muggsopp, lav, mose og høyere planter. Vurdering av hva som forekommer og vurdering av hvilken innvirkning dette eventuelt har på underlaget er meget sentralt for å forstå alle nedbrytningsprosessene bergartene utsettes for. For en bredere oversikt over feltet biologisk nedbrytning av kulturminner, se Vedlegg A.
Det bør i denne sammenheng også påpekes at det allerede ved huggingen av helle- ristningene er blitt utført en mekanisk nedbrytning av bergarten som påskynder nedbrytningsprosessen. Graden og hastigheten av nedbrytningsprosessen er avhengig av bergartens mineralogiske sammensetning og dens motstands- dyktighet overfor de ytre nedbrytningsfaktorer. Før man kan iverksette eventuelle bevaringstiltak på et bergkunstfelt vil det være ønskelig at man kjenner til bergartens sammensetning og motstandskraft mot forvitring, samt at de ulike miljøparametere som kan forårsake forvitringsprosesser som bryter ned bergarten blir dokumentert.
NILU OR 76/99
4 Beskrivelse av prøvefeltet på Begby
4.1 Beliggenhet
Figur 2 viser deler av Østfold fylke i Norge og Bohuslan i Sverige. I forhistorisk tid var dette et sammenhengende område uten grenser. Det er i dag registrert ca 5 000 helleristningsfelt i området, datert til perioden 1800-500 f. Kr., og ingen steder i Nordeuropa finnes så mange helleristninger fra bronsealderen samlet som her (Hygen og Bengtsson, 1999). Avstanden mellom prøvefeltene på Begby og Litsleby er ca. 65 km.
Helleristningsfeltet på Begby ligger 4 km øst for Fredrikstad by (Figur 3) og selve prøvefeltet ligger på en liten åsrygg som går i nord-sydlig retning, ca 100 meter syd for det sydligste av en gruppe bergkunstfelt på Gullskår (Figur 4). Feltet ligger på vestsiden og skråner ca 10° mot VSV. Feltet ligger ca 35 m øst for en lekeplass. Vest for lekeplassen ligger et boligfelt. Nord for boligfeltet er det jorder. Prøvefeltet ligger ca 25-30 m.o.h. og NV for Riksvei 110, samt ca. 4 km fra Gansrødbukta med brakkvann og ca.13 km fra åpent hav (Figur 2 og Figur 3).
Prøvefeltets bergflate på Begby (Figur 5) ble valgt ut slik at beliggenheten skulle tilsvare beliggenheten på prøvefeltet på Litselby i Tanum (Figur 6). Det vil si at feltet skulle være vestvendt og overflatestrukturen på bergarten skulle være så lik den på Litsleby som mulig.
Mulige forurensningskilder i lokalområdet er trafikk og boligoppvarming, samt drift av jordbruket, som for eksempel gjødsling. Fra et noe større nærområde kan prøvefeltet bli påvirket av industriforurensning fra Øra-området samt fra Fredrikstad by. Begge områder ligger ca. 4 km unna. Videre kan området bli påvirket av saltdrift fra havet samt fra generell langtransportert forurensning fra kontinentet.
Helleristningsfeltene nord for prøvefeltet er tilrettelagt for publikum med skilting og delvis med oppbygde plattinger. Området blir brukt som turområde og blir utsatt for en del ferdsel.
4.2 Geologisk beliggenhet
Bergkunstfeltene i Østfold og i Bohuslan er geologisk knyttet til et stort, sammenhengende granittkompleks som strekker seg fra den sørlige del av Østfold og videre sørover inn i Sverige hvor den største delen er lokalisert. Dette komplekset som kalles Iddefjordgranitt (eller Østfoldgranitt) i Norge og Bohusgranitt i Sverige, tilhører det sør-østlig norske grunnfjellområdet, som igjen er en del av "det vestlige segment av den prekambriske Svekonorvegiske provins i den sørvestlige del av det Baltiske skjold" (Graversen, 1984). Dateringer gir en alder på 918±7 mill år (Pedersen og Maaløe, 1990).
Bergartene innen dette dypbergartskomplekset varierer i sammensetning fra dioritt til granitt, med granitt som dominerende type. De vanligste mineralene er kvarts, feltspat (både K-feltspat og plagioklas), og biotitt. Relativ variasjon av mengden av disse mineralene gir opphav til de forskjellige bergartsvariantene. Også kornstørrelse og farge varierer. Den norske billedhuggeren Gustav Vigeland benyttet en fin til middelskomet, grålig type til sine kjente monumenter i Frognerparken i Oslo, mens andre typer er rødlige, grovkornede, eller porfyriske
NILU OR 76/99
med enkelte større korn. Gjennomskjærende årer og ganger av grovkornet pegmatitt eller finkornet aplitt er vanlig. Granitten i Tanum i Sverige er overveiende rødlig, massiv og middelskornet eller dels porfyrisk, med innslag av grålige varianter.
:
...
Litsleby
BohusUln
Figur 2: Deler av Østfoldfylke og Bohusliin i Sverige hvor områder med
helleristninger er avmerket. (Kartet er produsert av Gransløs GIT. Fra Hygen og Bengtsson, 1999).
NILU OR 76/99
4.2.1 Prøveflaten i Begby
Prøveflaten i Begby består av massiv, rødlig-grå granitt, er generelt middelskomet (1-5 mm), men har noe variabel kornstørrelse. Hovedmineralene er kvarts, K- feltspat, plagioklas og biotitt. Skuringsstriper er ikke observert, heller ikke sprekker eller eksfoliasjoner på selve prøveflaten. Overflatens topgrafi må karakteriseres som uregelmessig. Det er ingen spor av ristninger på denne flaten.
Generelt var bergflatene i Begby i større grad dekket av tett lavvegetasjon enn i Litsleby. Derfor ble det valgt en flate som opprinnelig var dekket av et lag med mose som var lett å fjerne. Alle overflater, både i Bebgy og Litsleby viste seg ved nærmere ettersyn uten unntak å være påvirket av biologisk aktivitet.
Figur 3: Prøvefeltet på Begby, Østfoldfylke. Målestokk 1 rute= lxl km.
NILU OR 76/99
I ,,-,/\.
/ I /
/ . r ~ / _,.
---~'. . . !. - .. ,_\ .. ,_/,,
.øGullskår eiendomsforhold
·-- ---· --.-.-.-.-=-~~=--
Målestokk o _
Figur 4: Prøvefeltets plassering på Gullskår. Prøvefeltet ligger i nærheten av flere bergkunstfelt, merket med rune-R.
NILU OR 76/99
Figur 5: Prøvefeltet på Begby, sett mot NNV, med jordbruk og bebyggelse i bakgrunnen.
Figur 6: Prøvefeltet på Litsleby, sett mot S. Bildet viser takkonstruksjonen med området for innsamlingen av avrenning under taket.
NILU OR 76/99
NILU OR 76/99
5 Presentasjon av ulike analysemetoder brukt på Begby
I dette kapitlet presenteres de ulike måle- og analysemetoder som er brukt av partene i prosjektet.
5.1 Oppsett av måle- og analyseutstyr på prøvefeltet
Før målingene kunne igangsettes ble prøvefeltets beliggenhet og avgrensning avklart med fylkesarkeologen i Østfold, og det ble gitt tillatelse fra grunneier (Fredrikstad kommune) til å sette opp måleutstyret på prøvefeltet. I juli 1998 plasserte NILU ut måleutstyr på det avsatte området (Figur 7). En bergflate som ble avsatt for måling av avrenning ble innhegnet av ansatte fra Stockholms Universitet. Miljømålingene startet den 3. juli 1998 og ble avsluttet den 30. november 1999.
Instrumentenes plassering er målt ut fra et basispunkt, se Figur 7. Miljømålingene ble satt opp med følgende måleutstyr:
• 2 WETCORR-instrumenter bestående av to adaptere med 4 sensorer hver som ble montert på bergoverflaten for å registrere fukt og temperatur (Figur 7). Sensorene ble først drevet med strøm fra et solcellepanel, men dette ble senere skiftet ut med strøm fra en byggekasse montert av Fredrikstad Energiverk AS.
• NILUs nedbørsamler for innsamling av nedbør er en åpen plasttrakt som sto fritt ca 2 m over bakken, nesten på det høyeste punktet ca 10 m ØSØ for basispunktet og ca 4,5 m syd for lokksamleren (Figur 7).
I . I
Basispunkt
•
Figur 7: Oversikt over området for miljømålinger på Begby, sett mot S.
NILU OR 76/99
Figur 8: NILUs nedbørsamler montert under et furutre, 12,5 m nordfor nedbørsamleren.
Figur 9: Avrenningssystem iform av en "trakt" montert på bergflaten for analyse av avrenning svann.
NILU OR 76/99
• Lokksamler, utlånt fra Stockholms Universitet, er en nedbørsamler som kun åpner seg hver gang det regner. Lokksamleren sto plassert fritt ca 1,80 mover bakken og ca 10 m ØNØ for basispunktet og ca 4,5 m nord for nedbørsamleren (Figur 7).
• NILUs nedbørsamler for innsamling av kronedrypp, var plassert ca 8 m nord for lokksamleren og ca 2 m over bakken under et ca 6 m høyt furutre (Figur 8).
• Avrenningssystem i form av en "trakt", montert på bergoverflaten for analyse av avrenningsvann, ca 18 m nord for basispunktet. A vrenningsflaten var ca 1,35 x 1,85 m med en helling på mellom 5-10° mot vest og ble avgrenset av en silikonslange som dannet en trakt i den nedre enden. Fra trakten ble vannet ført ned i en plastkanne. Prøvene fra avrenningen er analysert av Stockholms Universitet og av IFE (Figur 9).
• NILUs aerosolfelle for å samle inn vannløselig svevestøv var plassert ca 2 m over bakken og ca 11 m ØNØ fra basispunktet (Figur 7).
• Passive prøvetakere var festet på undersiden av aerosolfellen, for å bestemme følgende gasser (Figur 7):
NO2 (nitrogendioksid) for avgasser fra trafikk og industri i området.
SO2 (svoveldioksid) primært for å bestemme belastning fra industri og fyring.
03 (ozon) i deler av måleperioden for å registrere oksidantnivået fra regionale og langtransporterte kilder.
NH3 (ammoniakk) i deler av måleperioden for å registrere lokale kilder fra jordbruket.
I . . ~
·,~'~
Figur 10: Miljømålingene på Begby pågikk hele året rundt i periodenjuli 1998- november 1999.
NILU OR 76/99
5.1.1 Innsamling av prøver
Østfold fylkeskommune ved fylkesarkeologens kontor var ansvarlig for inntak og forsendelse av de ulike vannprøver, samt for passive prøvetakere og filter fra aerosolfellen. Selv om det i utgangspunktet var bestemt at det skulle taes prøver hver uke av nedbør og avrenning så var dette ikke alltid mulig å gjennomføre, det ble derfor oftere til at prøvene ble samlet inn hver 14. dag sammen med de passive prøvetakeme. Ved gjennomgang av analyseresultatene gikk det frem at et mer regelmessig inntak av prøver (hver uke) hadde vært ønskelig, da dette ville ha gitt bedre grunnlagsdata og underlettet tolkningen av resultatene. En oversikt over periodene for inntak av prøvene vil gå frem av listene over analyseresultatene i Vedlegg C.
5.2 Kartlegging av våt- og tørravsetning 5.2.1 Nedbør, kronedrypp og avrenning
Nedbøren er samlet inn med NILUs åpne nedbørsamler, prøvene herfra viser nedbørens totale sammensetning, det vil si våtavsetning pluss tørravsetning.
Våtavsetningen er målt med en såkalt lokksamler som åpner seg ved regn. Forskjellen mellom innholdet i prøvene fra henholdsvis nedbørsamler og lokksamler viser tørravsetningen. Ved å plassere en åpen nedbørsamler inn under et tre, vil man ved regn få samlet inn støv, salter og partikler som har samlet seg i treet og som blir oppløst i nedbøren.
NILU har utført analyse av nedbør, og kronedrypp med ionekromatograf på følgende ni kjemiske komponenter: Cl, NO3, SO4, Na, K, Ca, Mg, NHi og pH.
5.2.2 Forurensende gasser
For å bestemme forurensende gasser ble det benyttet passive prøvetakere for NO2, SO2, NH3 og 03 utviklet ved IVL (lnstitutet for vatten- och luftvårdsforskning, Goteborg) (Ferm, 1991). Prøvetakerne produseres og analyseres ved NILU med unntak av Orprøvetakeren som produseres og analyseres av IVL.
Prøvetakeme er utviklet for å fange opp gassene NO2, SO2 og NH3, ved hjelp av adsorbenter bestående av henholdsvis natriumiodid, natriumhydroksid og oksalsyre.
Målemetoden er godt dokumentert og viser god overensstemmelse med aktiv prøvetakingsmetode (Ferm, 1991; Anda, 1991 og 1993).
En passiv prøvetaker fanger opp gasser i luft ved at gassen absorberes på et aktivt medium ved diffusjon, det vil si uten bruk av en aktiv luftprøvetaker som bruker en pumpe. Passive prøvetakere har den fordelen at de er små; 25 mm i diameter og bare ca. 10 mm tykke. De er enkle å bruke og trenger ikke strøm. En ulempe ved de benyttede passive prøvetakere er at prøvetakingshastigheten er relativt lav, det vil tilsvare et prøvevolum på 20 til 50 liter pr. døgn. Ved prøvetaking i lavt forurensede områder (milde miljøer) og med gasskonsentrasjoner under 10 µg/m3, bør det benyttes relativt lange prøvetakingsperioder på 1-4 uker for å samle opp målbare mengder av den aktuelle gassen.
NlLU OR 76/99
I dette prosjektet har prøvetakeme vært eksponert i 14 dagers perioder. Dette gir påvisningsgrenser for SO2
=
1 µg/m3, NO2=
1 µg/m3, 03=
1 µg/m3, NH3=
1 µg/m3•De passive prøvetakerne (to paralleller) har vært festet opp under aerosolfellen som sto ca. 2 meter over bakken.
5.2.3 Aerosoler
Til å måle aerosoler ble det brukt et måleinstrument utviklet på NILU spesielt beregnet for å måle vannløselige aerosoler. Måleinstrumentet er festet til en teleskopstang og målingen skjer ved at et fuktet filter blir plassert på en regnbeskyttet plate. Etter endt eksponeringstid, i dette tilfelle 14 dager, blir filteret vasket ut i laboratoriet og uttrekket deretter analysert med en ionekromatograf. Aerosolfellen sto ca 2 meter over bakken.
5.3 Kartlegging av temperatur og fuktighet
En viktig faktor når det gjelder nedbrytning av bergkunst, er mekaniske spenninger som på grunn av termiske forandringer og frost/tine sykluser vil påvirke all berggrunn. Det er derfor ønskelig å få en oversikt over hvilke temperatursykluser som kan måles på overflaten over en tid. Når det gjelder nedbør og fuktighet så kan et kraftig regnskyll være bra for ristningen fordi regnet vasker hellen ren for tørrdeposisjon. Kommer det bare litt fuktighet over en lengre periode og hellen ikke tørker opp, så kan tørrdeposisjon som finnes på bergoverflaten binde seg med fuktigheten og danne etsende syrer som påvirker mineralkornene. Det er derfor viktig å kunne måle når og over hvor lang tid bergoverflaten er fuktig.
5.3.1 Plassering av WETCORR sensorene
2 WETCORR-instrumenter (med 2 adaptere, Sa0l og Sa02) ble montert med 4 sensorer hver for å registrere fukt og temperatur på totalt 8 ulike steder.
Sensorene som var 2.5 x 2 cm ble festet med silikonlim (3145 RTV MILA 46 196, Adhesive Sealant. Non Corrosive) på berget. Plassering av sensorene og koden for sensorene er beskrevet i Tabell 1.
Tabell 1: Lokalisering av WETCORR-sensorene.
Måle- Betegnelse på Avstand fra
punkt WETCORR-sensorene Plassering Himmelretning Hellevinkel bakken
Strøm Temperatur 0 m
Sa01 nA01 Temp01 På fjell Mot nord 45
Sa01 nA02 Temp02 På treplanke Mot sør 45 0.6
Sa01 nA03 Temp03 På fjell Mot sør -90
Sa01 nA04 Temp04 Under 0.5
strålingsskjerm
Sa02 nA01 Temp01 Under torv
Sa02 nA02 Temp02 På fjell i vannsig Mot sørvest 10
Sa02 nA03 Temp03 På fjell utkant Mot sørvest 10
vannsig
Sa02 nA04 Temp04 På fjell Mot sørvest 10
NfLU OR 76/99
5.3.2 Registrering av fuktighet
WETCORR-instrumentel (som er utviklet ved NILU, Hemiksen og Haagenrud, 1994) benyttes for å kunne måle fukt- og temperaturtilstanden på eller i et materiale.
WETCORR-instrumentet består av to typer sensorer:
• en sensor som måler fukt og temperatur på overflaten av et materiale
• en sensor som måler fukt og temperatur inne i et porøst materiale.
I dette prosjektet benyttes kun overflatesensoren og den betegnes her som WETCORR-sensor.
WETCORR-sensoren måler strømmen som en funksjon av tykkelsen av fuktig- hetsfilmen som dekker overflaten. For å kunne kvantifisere fuktigheten på overflaten av materialer brukes definisjonen våttid (TOW, Time - Of - Wetness). For å kunne bestemme når materialoverflaten har nok fuktighet til at den eventuelt skulle kunne ha noen påvirkning på materialet er det fra forsøk i felt definert en kritisk strømverdi ikrit (Elvedal, 1997).
Samspillet mellom fukt og forurensning på sensoren er betinget av lokale forurensninger og gjør at grenseverdiene og dermed våttiden må justeres for hvert målested.
For Begby er ikrit definert til 15 nA.
For en mer utfyllende forklaring på WETCORR-instrumentet, se vedlegg B.
5.3.3 Registrering av temperatur
For å kartlegge mekaniske belastninger på grunn av temperaturforandringer på bergoverflaten, er temperaturregistreringer over tid en viktig faktor. Temperaturen blir registrert med en temperaturføler som er festet på WETCORR-sensoren (Vedlegg B).
For å kunne vurdere i hvilken grad frostsprengning kan bidra til nedbrytning av bergflaten på Begby
er
det registrert antall ganger temperaturen svinger fra 0°C og ned til lavere temperaturer. I denne rapporten er 0°C antatt å være grensen for frostsprengning, men det kan variere fra en bergart til en annen. Videre vet vi at en høyere saltverdi på og i bergarten vil senke frysetemperaturen.På sommeren kan temperaturen svinge over store intervaller i løpet av et døgn. En kartlegging av store temperaturdifferanser kan gi indikasjoner på om steinen tåler slike påkjenninger. I denne rapporten er antall svingninger i døgnet og pr. måned registrert for temperaturdifferanser på 15°C presentert.
5.4 Geologiske undersøkelser
For teksturelle, mineralogiske og geokjemiske undersøkelser av bergarten på Begby-feltet er det utelukkende benyttet borekjerner. For å bestemme mineralsammensetning og undersøke teksturer er lys- og skanningelektron-mikroskopi av polerte, petrografiske tynnslip benyttet. Videre er elektronmikrosonde benyttet for bestemmelse av mineralkjemi, XRF-analyser for bestemmelse av bergartens kjemiske sammensetning og massespektrometer for bestemmelse av Sr-isotoper, både i bergart og i enkeltmineraler.
NILU OR 76/99
5.4.1 Prøvemateriale
I alt 10 borekjerner med diameter 4.5 cm og varierende dybde (5-19 cm) ble innsamlet (Tabell 2). 6 av disse er tatt i umiddelbar nærhet til innsamlingsfeltet for avrenningsvann, 3 paralleller fra hver side (Figur 1 lA og Figur 12A og B). De 4 resterende kjernene er fra to naturlige vannsig, hvor overflaten har en typisk svart misfarging/skorpe (Figur 1 lB og C, og Figur 12C og D). To av kjernene representerer avrenningsoverflaten hvor WETCORR-sensorer ble montert - en kjerne fra selve overflaten, og en kjerne fra overflaten nær ved som referanse (Figur 1 lB og Figur 12C). I tillegg ble det også tatt ut 3 mindre borekjerner (D: 2.4 cm, dyp: 2-5 cm) fra ulike pegmatittårer i prøveområdet.
Tabell 2: Kjerneprøver av granittfra Begby (/-IV og B98) og Lisleby (T99), benyttet til geologiske og biologiske/mikrobiologiske undersøkelser.
kjerne- kjerne- makroskopisk Prøvenr. lokalitet/lavovervekst/tlldekking diamete dyp forvltrlngsdyp
r (cm) (cm) (cm) I/A Vannsig 1 (ved Wetcorr) - inni sonen (sort 4.5 19 1-irregulær
skorpe)
I/B - utenfor sonen 4.5 10 irreaulær
11/1 Like syd for avrenningstelt 4.5 13 2.5
11/2 " 4.5 12 2.5-5
11/3 " 4.5 10 3.5
111/1 Like nord for avrenningstelt 4.5 8 2
111/2 " 4.5 11 1.8
111/3 " 4.5 9 1.7
IV/1 Vannsig 2 (sort skorpe) 4.5 4.5 1-irregulær
IV/2 " 4.5 13.5 irreaulær
B98-1.1 Pegmatittåre under torv 2.4 3.5
B98-1.2 " 2.4 5.0
B98-2.1 Peamatittåre like sør for avrenninasfelt 2.4 3.5
B98-3.1 Vannsig 2, sort skorpe 2.4 2.5 0.8
B98-3.2 •"·, delvis sort skorpe 2.4 2.5 0.4
B98-4.1 Under torv 2.4 3 0.35
B98-4.2 " 2.4 4 0.35
B98-5.1 Rhizo-carpan. lecanornium 2.4 2.5 0.55
B98-5.2 " 2.4 2.5 0.3
B98-6.1 Lecidea fuscoatra 2.4 2.0 0.35
B98-6.2 " 2.4 3.0 0.45
B98-8.1 Xanthopamelia conspersa 2.4 3.0 1.2
B98-8.2 " 2.4 4.0 1.2
B98-9.1 Lasallia pustulata (navle/av) 2.4 3.0 0.5
B98-9.2 " 2.4 2.5 0.7
T99-L0.1 Referanseprøver fra bergflate utenfor prøvefelt 2.4 T99-L0.2 for tildekking (1: overvokst av Rhizo-carpan. 2.4 T99-L0.3 tecenornium: 2 oa 3: overvokst av ulike lavtvoerl 2.4 T99-L 1.1: 9.5 mnd Felt 1 (plastsekker med jord) 2.4
T99-L 1.2: 14.5 mnd " 2.4
T99-L2.1: 9.5 mnd Felt 2 uord, plast, isolasjon, plast, folie) 2.4
T99-L2.2: 14.5 mnd " 2.4
T99-L3.1: 9.5 mnd Felt 3 (fiberduk, jord, plast, isolasjon, plast, folie) 2.4
T99-L3.2: 14.5 mnd " 2.4
T99-L4.1: 9.5 mnd Felt 4 (fiberduk, plast, isolasjon, plast, folie) 2.4
T99-L4.2: 14.5 mnd " 2.4
T99-L5.1: 9 mnd Felt 5 (torvmose, plast, isolasjon, plast, folie) 2.4
T99-L5.2: 14.5 mnd " 2.4
T99-L6.1: 9.5 mnd Felt 6 (fiberduk, isolasjon, plast, folie) 2.4
T99-L6.2a: 14.5 mnd " 2.4
T99-L6.2b: 14.5 mnd " 2.4
NILU OR 76/99
Figur 11: Lokaliteter for borekjerner ( diameter: 4,5 cm).
A) Tre parallelle kjerner fra hver side (nord og sør) av innsamlingsfelt for avrenningsvann. Innbyrdes avstand mellom kjernene på hver side er omkring 5-10 cm.
B) Naturlig vannsig (1) (ved WETCORR-instrument).
C) Naturlig vannsig (2) og torvdekket flate (lokalisert mellom innsamlingsfelt for avrenning svann og vannsig ( 1 ).
NILU OR 76799
Figur 12: Borekjerner (diameter 4,5 cm) for petrografiske og geokjemiske undersøkelser.
A) Tre parallelle kjerneprøver ( lll/1-3) fra like nord for innsamlingsfelt for avrenning svann.
B) Tre parallelle kjerneprøver (lll-3) fra like sør for innsamlingsfelt for avrenning svann.
C) To parallelle kjerneprøver (I/A og B) fra vannsig(]) (ved WETCORR- instrument). Kjernen til venstre er fra sort misfarget sone i kanten av vannsiget, mens kjernen til høyere er tatt rett utenfor misfargingen.
D) To parallelle kjerneprøver (IV og 2) fra vannsig (2). Begge kjernene er fra sort til misfarget sone.
NILU OR 76/99
5.4.2 Tynnslip
Polerte tynnslip (maks areal ca 2 x 4 cm) er laget som vertikale snitt fra overflate og nedover gjennom hele kjerneprøvene, i alt 3- 7 tynnslip for hver kjerne og/eller som horisontale snitt parallelt med overflaten, ett per 0,5 cm dybde gjennom hele kjerneprøven.
5.4.3 Mineralsammensetning
Mineralsammensetningen (vol. %) er bestemt ved punkttelling av tynnslip (1500 - 2000 punkt pr. slip) i lysmikroskop.
5.4.4 Skanning elektronmikroskopi (SEM)
For SEM undersøkelser ble et JEOL ® skanning elektronmikroskop (JSM 6400), tilknyttet ett TRACOR NORTHERN® (TN 5600 serie II) energi-dispersiv spektrometer (EDS) system med en Z-MAX 30 (diamant vindu) detektor og en backscatterelektron-detektor, benyttet. Både til røntgenanalyser av mineralfaser og til backscatter- (tilbakespredte-) elektronavbilding av bergartens teksturer i polerte, karbonbelagte tynnslip, ble det benyttet en akselerasjonsspenning på 20 kV.
Backscatter-bilder, som fremkommer i gråtoner, dannes ved at materiale med ulik kjemisk sammensetning gir ulik tilbakespredning av innsendte elektroner. Mineralfaser med høy konsentrasjon av tunge element (f.eks. Fe og Ti) gir høy tilbakespredning og fremstår derfor som hvite til lys grålige felt. Mineralfaser med høyere konsentrasjon av lettere elementer (Na, Al og Si) får mørkere gråtoner. Porerom gir ingen tilbakespredning av elektroner og blir derfor svart.
5.4.5 Elektronmikrosonde
For elektronmikrosonde-analyser av mineralfaser i bergarten, ble det benyttet et ARL ® SEMQ instrument ved standard bølgelengde-teknikker med akselerasjonsspenning og strålestrøm på henholdsvis 15 kV og 10 nA. For standardisering ble det benyttet en blanding av ulike mineralfaser, syntetiske oksid og rene metall. Telletid for topper og bakgrunn var henholdsvis 10 og 4 sekunder både under standardisering og analyser. ZAF- korreksjoner ble utført ved å benytte dataprogrammet PROBEWIN, versjon 3.34 (1997) (Advanced Microbeam, USA). Analysene ble utført på polerte tynnslip (se avsnitt 5.4.2.) 5.4.6 Røntgen fluorescens spektrometri (XRF)
Hoved- og sporelement-analyser av bulk bergart ble utført med et Philips® (PW 1404) XRF spektrometer.
Kjerneprøvene ble først delt i ca. 0.4 cm tykke subprøver parallelt med overflate, i alt 12- 21 subprøver per kjerne (antall bestemt av individuell kjernelengde). Hver subprøve ble så knust med en steinsplitter og malt til pulver i en agatmølle. Pulveret ble deretter glødet ved 900 °Ci 2 timer for å bestemme glødetap (LOI: loss on ignition).
Hovedelementer ble analysert på glasstabletter og sporelementer på pressede pulvertabletter etter metoder beskrevet av Norrish & Hutton (1969). Internasjonale standarder og anbefalte verdier fra Govindaraju (1984) ble brukt for kalibrering.
NILU OR 76/99
